水处理工艺发展史

A. 纯水设备的发展历程

纯水又名高纯水，是指化学纯度极高的水，其主要应用在生物、化学化工、冶金、宇航、电力等领域，但其对水质纯度要求相当高，所以一般应用最普遍的还是电子、医药行业。
制作纯水的方法有纳滤、超滤、反渗透、离子交换法，国内、外多数制药企业采用离子交换及反渗透、离子交换联合等方法制得纯水。《中国药典》(2000年版)规定：“纯水为采用蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得供药用的水。”而不再仅局限于“蒸馏”这一种工艺。药典这一改变是我国制药用水生产发展史上的一大进步，与世界先进国家的药典实现了接轨。但目前在我国的纯水制备系统当中，纳滤还没有普遍使用。
我国纯水设备的发展的历程仅仅40多年，而其技术在工业领域的应用也只有10多年，在我国的应用更是短暂都不到十年。因此目前对于纯水设备专业生产加工还是比较缺少的，大多数纯水设备生产企业都是小规模经营，没有形成大规模配套生产，产品涵盖范围广，品类杂乱。
目前专业从事纯水设备制造、安装、调试、售后的企业并不多见，有的小型加工商看中纯水设备这块蛋糕，极尽所能的采用一切手段争取合同，却难以按照药典要求进行设备施工，更不能通过后续的GMP认证，这是所有顾客在选择纯水设备时值得注意的事项，选择一家资质高、实力强、服务好的制造商，才能保证纯水设备符合要求。
但是随着国家对生物制药、医药行业的扶持力度增大，纯水设备必然成为水处理行业中一个新的增长点，势必带动水处理设备不断改进工艺流程，朝着标准化、规模化的方向发展。

B. 水处理的介绍

水处理的方式包括物理处理和化学处理。人类进行水处理的方式已经有相当多年历史，物理方法包括利用各种孔径大小不同的滤材，利用吸附或阻隔方式，将水中的杂质排除在外，吸附方式中较重要者为以活性炭进行吸附，阻隔方法则是将水通过滤材，让体积较大的杂质无法通过，进而获得较为干净的水。另外，物理方法也包括沉淀法，就是让比重较小的杂质浮于水面捞出，或是比重较大的杂质沉淀于下，进而取得。化学方法则是利用各种化学药品将水中杂质转化为对人体伤害较小的物质，或是将杂质集中，历史最久的化学处理方法应该可以算是用明矾加入水中，水中杂质集合后，体积变大，便可用过滤法，将杂质去除。随着人类生活不断提高水体富营养化氨氮、磷等营养盐问题和国家环保局对污水排放标准一步步提高，沿用了许多年传统的“一级处理”及“二级处理”水处理工艺技术和设备，已经难以适应当今的高浊度和高浓度污水的处理要求，而且处理工艺流程长，系统庞大，而且还散发大量臭气。运营者要想达到最新排放标准，需要从新再投入高额的资金扩建原有污水处理系统，加大占地面积使用和高额的污水处理设备及高额后期维护费用，然而,传统的污水深度处理再生回用技术系统(如活性炭过滤、微孔过滤、渗透膜净化等技术系统)投资高、后期维护运行费用高，太多的运营者难以承受。以下来我们详细介绍几种水处理工艺：

C. 给水处理中常用技术概述

由于水是一种溶解力很强的溶剂，又与外界环境如空气、地壳、土壤等广泛接触，故而水中必然含有很多杂质，而水的处理或者净化其实质就是通过各种水处理技术去除水中有关杂质，以获得达到一定水质标准的水供生活饮用或工业使用。水处理技术包括混凝、过滤、吸附、膜分离和消毒等。
1 混凝技术
混凝技术的处理对象是水中的悬浮物和胶体物质，其关键技术是选择和投加适当的混凝剂，经混凝过程使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，然后通过澄清、沉淀进行分离。历史上很早以前就有以明矾净水的记载，直至今日，我国的水厂大都采用铝盐或铁盐作为无机混凝剂，近年来也研究开发和应用了一些新的混凝剂如无机聚合态的聚合氯化铝（PAC）和聚合硫酸铝（PAS）等，也包括一些有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺（PAM）等。
给水和废水的处理过程中，为了满足用水水质和环境排放的要求，一般在预处理中采用混凝沉淀法，即向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶稳定性，使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体，以便从水中分离出来，达到水质净化的目的。混凝处理实际上包括凝聚和絮凝两种胶体颗粒物的聚集过程，是一种较为经典的水处理工艺，应用十分普遍。近年来，在絮凝动力学、絮凝形态学、新型高效混凝剂以及高效絮凝反应器等方面的研究和应用，有了许多新的发展，推动了混凝技术的进步。
2 过滤技术
过滤技术是选择和利用多孔的过滤介质（或称滤料截面）使水中的杂质得到分离的固液分离过程。它通常与混凝、澄清或沉淀结合使用，这样不仅能有效的降低水的浊度，而且对去除水中某些有机物和细菌、病毒也有一定的效果，因此，在生活饮用水处理中，过滤是必不可少的，在大多数工业用水处理中也常采用作为预处理过程。根据过滤技术的特点可知，在过滤技术中选择适当的过滤介质-滤料是极为重要的，目前常用的过滤介质--滤料从砂、无烟煤、微孔塑料、陶瓷，到各种高分子分离膜等可以有多种选择，它们可以去除水中不同粒度的杂质，此外，通过对过滤器进行优化设计可对过滤效果产生较大的影响。
原水经过混凝澄清处理以后，大部分悬浮物已被去除，但此时水质仍无法满足饮用水标准和后续处理工艺的水质要求，所以在常规水处理工艺中，过滤常被安排在沉淀池或澄清池之后，经过滤后的出水浊度可以降到小于1单位。在原水浊度较低时（25单位以下），也可采用不经澄清直接过滤。
3 吸附技术
吸附是一种物质附着在另一种物质表面的过程，他可以发生在气--液、气--固和液--固两相之间，在水处理中主要讨论物质在水与固体吸附剂之间的转移过程。许多多孔的固相物质可以作为吸附剂，例如活性炭、木屑、活化煤、焦炭、吸附树脂等，其中以活性炭使用作为广泛。吸附剂表面的吸附力可分为分子引力（范德华力）、化学键力和静电引力三种，故而吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。影响吸附的因素很多，主要有吸附剂、被吸附物质的性质和吸附过程操作条件等，吸附剂的性质又可分为吸附剂微孔的大小、比表面积以及其表面化学特性等。吸附过程操作条件主要与pH值、温度、接触时间等因素有关。
活性炭吸附技术目前应用较多的是在给水处理中去除微量有害物质和嗅味等，尤其是去除水中有机污染物效果较好，因而可单独或与臭氧结合用于给水深度处理。此外，活性炭吸附在废水处理中也有广泛的应用。近年来在新的吸附剂方面又发展了有关的离子交换树脂和KDF等吸附剂已在给水处理中应用较广，值得重视。
4 膜分离技术
膜分离技术是利用特殊的有机高分子或无机材料制成的膜将溶液隔开，使溶液中的某些溶质或水渗透出来，从而达到分离的目的。膜分离的优点是分离截面效果好，一般没有相的变化，设备容易操作，便于产业化等。当然，膜分离技术也存在一定的局限性，例如对待处理的原水水质要求严格，处理能力相对较小，需要注意膜的堵塞与清洗等，目前常用的膜分离技术主要有反渗透（RO）、电渗析（ED或ERD）、纳滤（NF）、超滤（UF）、和微滤（MF）等，主要用途也各不相同，ED或ERD的局限性是可去除带电杂志，但对病菌和大多数有机物效果较差；UF和MF去除颗粒直径较大，但运行时所需压力较低，膜的成本和运行费用较低；而RO和NF由于它们分离的颗粒直径小，对病菌、有机物和无机物均有较好的效果，因此具有较广泛的处理能力和应用范围，既可用于工业水处理，也可应用于饮用水处理，尤其是近几年发展迅速的NF技术，因其运行压力较低，膜的成本和运行成本大幅减少，目前正成为水处理中优先发展的技术和领域。由于水资源紧缺是21世纪全球的一个突出矛盾，而且近年来相关法律法规不断完善与严格，水质分析检测技术不断改进，膜的生产成本及销售价格有下降趋势，因此，膜技术在水处理方面必将得到越来越广泛的应用。
5 消毒技术
水的消毒主要是为了杀灭或抑制水中对人体有害的致病微生物。水的消毒技术可分为化学消毒和物理消毒两大类，化学消毒中采用的消毒剂又可分为氧化型消毒剂和非氧化型消毒剂，氧化型消毒剂中应用最广的是氯及其制品，这是由于氯的价格低廉、消毒效果良好、使用较方便等特点，在非氧化型消毒剂中如季铵盐等在工业冷却水的杀菌，灭藻中应用较多。物理消毒中应用较多的是臭氧消毒和紫外线消毒，臭氧消毒的特点是杀菌效果好，不需很长的接触时间，受水中的PH值和氨氮影响较小，能通过强氧化作用消除水中的有机物，对水中的铁、锰、色度和嗅味也有一定的去除效果，其缺点是耗电较多，运行费用高，同时，臭氧需边生产、边使用，不易存储；紫外消毒的缺点是消毒作用有一定的作用距离和范围，当水中的悬浮物和浊度高时会妨碍紫外线的透射等。
近年来以氯为主要消毒剂已发展了一些新品种，如二氧化氯（ClO2）、
氯代异氰酸盐（TCCA与DCCA）以及一些加氯的增效剂，如等三嗪类化合物等，此外，含溴的消毒剂也有相应的发展，在非氧化型消毒剂中出现了异噻唑啉酮、季铵盐等新品种。物理消毒中臭氧和紫外消毒也发展较快，这可能和加氯后产生消毒副产物有关，如卤代甲烷类化合物等，有的已确认为致癌物而引起广泛关注，因此非氯消毒剂也有很大的发展前景。
6 结语
给水处理技术的目的是通过各种必要的处理技术改善原水水质，使他们符合生活饮用或工业使用的要求，因此水处理需要根据原水水质和出水水质的要求加以确定，为了达到处理的要求，应根据实际情况选用合适的技术，有时往往将几种处理技术结合或复合使用。
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D. 电絮凝（EC)技术发展史

电絮凝技术发展史如下：

• 起源与早期发展：

  • 电絮凝技术的起源可追溯至1889年的英国，当时这项技术作为环保水处理技术初露端倪。
  • 1901年，英国学者首次提出了电絮凝的概念，并开始了深入的研究与实践。
  • 美国学者随后凭借专利推动了这项技术的大规模应用，建设了先进的处理设施。

• 20世纪50年代后的广泛应用：

  • 电絮凝技术因其高效且原位反应无二次污染的特性，在20世纪50年代以后广泛应用于废水处理领域。
  • 其优势包括高有效成分含量、低污泥产生和操作简便。
  • 然而，这一时期技术发展中也面临着挑战，如电导率要求高、阳极更换频繁、金属离子残留以及电极钝化等问题。

• 强化电絮凝的研究与发展：

  • 强化电絮凝理论的根基在于优化化学絮凝，通过增加絮凝剂用量来增强有机物去除效果。
  • 自2000年后，电絮凝研究逐年升温，尤其是强化电絮凝领域，着重于净水机理、电极技术、电源技术以及集成技术的研究。
  • 集成技术成为强化电絮凝的热点，尽管仍在基础研究阶段，但其潜力巨大。

• 电源技术的革新：

  • 电絮凝电源技术如脉冲电源和光伏电源正在解决电极钝化问题，提高絮凝效率。
  • 脉冲电源能有效处理氟和重金属，而光伏电源则为偏远地区提供了绿色能源解决方案。
  • 未来电源技术的创新方向包括空气阴极的应用、无线技术及电极材料改良。

• 集成与协同处理的突破：

  • 电絮凝与其他技术的集成，如电絮凝活性炭吸附和超声技术，优化了能耗和处理性能。
  • 电絮凝与光/电催化、臭氧氧化等技术结合，拓宽了污染物处理范围，并与MBR技术相结合，提升膜寿命。

• 未来发展趋势：

  • 强化电絮凝在生活污水和中水处理中展现优势，未来研究将深入理解强化机理，开发新型电极和反应器设计。
  • 推动技术从实验室向实际应用的转化，以实现更大规模和经济性的水处理系统。